虚拟桌面显示协议研究综述

摘要：随着云计算的不断发展，虚拟桌面解决方案VDI日益成熟，桌面虚拟化成为典型的云计算应用。虚拟桌面技术能够有效地解决传统个人计算机使用过程中存在的多种问题，降低企业的运维成本，受到业界的广泛关注。然而，虚拟桌面显示协议在当前的网络带宽环境下成为VDI的性能瓶颈，是各厂商竞争的焦点。不同的协议在应用效果、用户体验QoE方面各有特色。本文首先介绍了虚拟桌面的典型架构，然后从虚拟桌面显示协议方面总结了当前国内外桌面虚拟化技术的研究发展现状以及基本特征。基于此，分析了当前虚拟桌面显示协议的不足之处。最后，提出了桌面显示协议的发展趋势，对于当前桌面虚拟化技术的发展将起到一定的指导作用。

关键字：虚拟桌面，VDI，显示协议，QoE

1 引言

在当前的桌面云计算解决方案中，虚拟桌面基础架构VDI(Virtual Desktop Infrastructure)是主流的架构与部署方式。它基于底层的硬件资源和中间层的虚拟化软件，通过上层的桌面虚拟化应用软件，为终端用户提供虚拟桌面交付模式。VDI解决方案中所提供的桌面虚拟化不仅充分利用了服务器端的计算能力，而且提供了强大而灵活的用户PC管理能力，同时具有很强的可扩展性和显著的能源节约优势，消除了传统个人计算机管理模式中的很多缺点。VDI 解决方案的主要设计思想是通过虚拟化技术，把传统意义上的个人物理PC转换为运行在虚拟化服务器上的一个个虚拟桌面，即Virtual Desktop，通过提供对底层存储、网络等基础资源和上层虚拟桌面的集中管理和连接功能，为给终端用户提供灵活和良好的虚拟桌面使用体验。

桌面虚拟化是一种基于中心服务器的计算模型，建立在服务器虚拟化的基础之上，沿用了瘦客户端模型，所有的桌面虚拟机在数据中心进行托管并统一管理，同时用户能够获得完整的PC使用体验，用户可以根据自己的需要使用虚拟桌面服务。系统管理员只需要维护部署在中心服务器上的系统即可，不需要更新升级客户机上的系统。桌面虚拟化与传统的远程桌面的关键不同之处在于，远程桌面技术是接入到一个真正安装在物理机上的操作系统，如果要大面积作为企业应用技术，不仅需要一个个PC运行操作系统，还需要投入相应的很多终端，所以远程桌面仅作为远程控制和远程访问的一种方式。采用桌面虚拟化极大地降低了整体IT 的采购成本和运维成本，提高系统的安全性和硬件系统的利用率。其中虚拟桌面显示协议是VDI解决方案的核心，其最终目的是为用户提供接近传统PC操作系统的桌面服务体验。当前主流的虚拟桌面技术厂商已经确定了各自主打的桌面显示协议，主要包括Microsoft的RDP、Citrix的ICA/HDX、Red Hat的SPICE、VMware的PCoIP等。不同的协议在应用效果、用户体验方面各有特色。

虚拟化技术主要包括服务器虚拟化、应用虚拟化、桌面虚拟化。目前网络虚拟化，显卡虚拟化(GPU虚拟化)等技术都在快速发展。桌面虚拟化技术是发展最快的，也是最有应用前景的技术。

远程桌面技术可以说是桌面虚拟化技术的前身。内置在Windows中的远程桌面使用了RDP 协议，用户可以从其他的电脑上远程登录、访问与使用目标桌面。在虚拟化技术日益成熟后，

微软将Windows Server 2008上的Terminal Services重新定义为演示虚拟化技术。从技术演进发展的时间来看，2006年桌面虚拟化技术概念才开始形成，2007年出现了第一代VDI的方案，2008年开始出现比较完整的解决方案。目前桌面虚拟化对应的虚拟系统不直接与硬件打交道，而是通过一个中间管理层来进行资源的协调，使得虚拟系统不会独占硬件资源。桌面虚拟化技术进一步发展，会实现虚拟桌面的网络化和集中化，虚拟桌面操作系统将被存储在网络上，进行集中化的管理。这样，用户的访问环境和运行环境分离开，用户将可以通过任何设备对网络上的桌面进行操作与访问。桌面通过服务的形式提供给最终用户，也就是桌面即服务DaaS(Desktop as a Service)。

VDI的广泛使用尤其受限于网络环境。在VDI模式下，数千个桌面环境从用户终端迁移到数据中心，数据中心需要实时地将桌面图像返回到用户终端，同时还要处理用户的输入信息，这些对网络性能提出了很高的要求。在目前的带宽条件下，用户想获得与使用本地桌面相同的体验还是有一定困难的，尤其是视频、3D图像以及多媒体应用等。因此，目前各大厂商围绕虚拟桌面显示协议展开竞争，使用各种技术对显示协议进行优化，减少需要传输的数量，提升用户使用体验。

随着人们对虚拟桌面性能要求的不断提高，虚拟操作系统基础架构VOI(Virtual OS Infrastructure)成为一个新的桌面虚拟化发展方向。VOI的概念由IBM的Steve Mills最早提出，VOI可以看作桌面虚拟化发展的第三个阶段。VOI桌面虚拟化技术不仅可实现基于服务端的虚拟操作系统、虚拟应用、用户配置的按需交付，也可基于客户端实现，这样就可利用终端资源处理图形密集型应用，比如音视频、3D图形应用等，也可支持各种计算机外设以适应复杂的应用环境以及未来的应用扩展。VOI对网络和服务器的依赖性将大大降低，在网络中断或服务器故障后终端也可继续离线使用，数据可在云端集中存储，也可在本地加密存储，且终端应用数据不会因网络或服务端故障而丢失。从实际应用方面考虑，VOI具有更强和更符合用户环境的适应性。

2 虚拟桌面显示协议概要

目前各个厂商都推出了自己的虚拟桌面显示协议，每种协议都有不同的特性。

2.1主流虚拟桌面显示协议

2.1.1 RDP协议

RDP协议是微软虚拟桌面产品中采用的显示协议。在应用过程中，在服务器侧用于生成远程桌面屏幕显示内容的图像设备接口GDI指令被RDP驱动截获，在服务器侧进行渲染，然后以光栅图像的形式传送到用户终端上输出。同时，用户终端上安装RDP协议的客户端把用户通过鼠标、键盘等设备输入的信息通过RDP重定向到服务器侧，进而在服务器侧使用相应的驱动进行处理。RDP协议是在国际电信联盟ITU T.120协议族的基础上进行的扩展，通过建立多个独立的虚拟通道，承载不同的数据传输和设备通信，其总体架构如图所示：